基于物聯網的廠區路燈模擬控制系統

　　3.1. 信號采集電路

　　單元控制器需要對廠區路燈環境實時檢測以做出控制決策。選用光敏電阻實現廠區光線明暗變化檢測，接口電路設計如圖2 所示。光敏電阻與普通電阻串聯分壓后電壓信號傳送至單片機進行A/D 轉換。隨著光線明暗的變化，光敏電阻的阻值也在變化，從而改變PF0 腳的電壓，該電壓經過單片機片內A/D 轉換器轉換成數字信號并被分析處理，從而實現對路燈照明照度的控制。

　　電路設計如圖3 所示，BISS0001 的1 腳信號接高電平，使芯片處于可重復觸發工作方式。將熱釋電傳感器的輸出信號送入BISS0001 的14 腳，經內部第一級運算放大器放大，然后由C24耦合給內部第二級運算放大器進行放大，再經由內部的電壓比較器構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發信號去啟動內部延遲時間定時器，最后由芯片的2 腳輸出信號V0直接傳輸至單片機的PD7 腳進行處理，并執行相應的動作。4 腳的輸出延遲時間Tx由外部的R35和C28的大小調整，6 腳的觸發封鎖時間Ti由外部的R34和C29的大小調整。

　　單元控制器通過光敏電阻自動控制路燈的開關狀態及燈光的強弱，并與熱釋電傳感器配合，將光照度調節到合適值，使系統運行達到節能、安全的效果。

　　2.2. 通信電路設計

　　系統中集中控制器向單元控制器發送開/關燈、控制方式等信號； 單元控制器向集中控制器發送故障路燈位置等信息，雙方通信通過GPRS無線網絡實現。GPRS 模塊采用Simcom 公司的SIM300D 無線通信模塊，該模塊外形小巧，內部集成了TCP /IP 協議，具有射頻天線、本地SIM卡連接及RS232 串口等接口，可采用內部擴展的AT 指令進行操作，功能強大且開發簡單。

　　SIM300D 模塊與單片機接口電路如圖4 所示，74LS573 邏輯芯片主要用于電壓變換。ATmega64輸出的是標準TTL 電平，而SIM300D 模塊兼容的高電平范圍為2. 05 ~ 3. 23 V，若要實現兩種芯片之間的數據交換，需要經過電壓變換。

　　SIM300D 模塊需要借助SIM 卡才能連接到網絡進行數據傳輸，SIM300D 模塊通過SPI 通信方式對SIM 卡進行讀寫操作，通過GSM 或GPRS 通信方式實現與移動網絡的無縫連接。SIM 卡也稱為智能卡、用戶身份識別卡，通過此卡鑒別每一路燈的地址、代號和實際地理位置等信息。SIM卡與SIM300D 無線通信模塊接口電路設計如圖5所示。

　　圖5 SIM 卡與SIM300D 無線通信模塊連接圖

　　3.3. 故障檢測電路設計

　　單元控制器設有電流檢測功能，通過電流檢測可以判斷路燈是否故障。如果路燈故障，通過路燈的電流會極小甚至為零，不足以驅動LED 發光，則故障檢測點的電壓會低于給定的基準電壓，通過電壓比較電路給單片機送入一個報警信號。

　　故障檢測模塊與單片機接口電路設計如圖6所示，基準電壓可通過調節滑動變阻器R2的阻值來改變。當路燈正常工作時，故障檢測點電壓大于基準電壓，則運放LM358 輸出+ 12 V 的正向飽和電壓，該電壓經限流電阻和穩壓管構成回路，這時穩壓管給單片機送入一高電平電壓。當路燈出現故障時，檢測點電壓低于基準電壓，運放電路輸出為零，為單片機送入一低電平電壓，實現故障報警功能。

　　圖6 故障檢測模塊與單片機接口電路

　　3.4. 高亮LED 驅動模塊

　　單元控制器的高亮LED 驅動模塊采用自制恒流驅動電源，利用運算放大器組成電壓跟隨器、電流負反饋電路，結合單片機組合成恒流源，方法簡潔，容易實現，電路設計如圖7 所示。

　　圖7 恒流驅動電源電路圖

　　圖7 中電源的輸出電流與UPB5 成正比，當UPB5 保持恒定時，可保證該電源的輸出電流恒定。同時，UPB5 可以通過單片機的PWM 輸出進行調節，從而實現輸出電流的可控，調節LED亮度。